腰椎力学分析的数值模拟与实验研究
THMC多场耦合作用下岩石力学实验与数值模拟研究进展
THMC多场耦合作用下岩石力学实验与数值模拟研究进展随着科技的不断发展，THMC（热-水-力-化学）多场耦合作用在岩石力学领域中的应用日益广泛。
THMC多场耦合作用是指热、水、力、化学等多种因素相互作用影响岩石力学性质的现象。
在岩石力学实验与数值模拟研究中，THMC多场耦合作用下的岩石力学性质成为研究的热点之一、本文将介绍THMC多场耦合作用下岩石力学实验与数值模拟研究的最新进展。
一、THMC多场耦合作用下岩石力学实验研究进展1.热-水-力-化学耦合实验平台的建立：近年来，越来越多的研究者开始搭建热-水-力-化学（THMC）耦合实验平台，用于研究岩石在多场耦合作用下的力学性质。
这些实验平台不仅可以控制温度、水分、应力等多个因素，还可以监测岩石的物理化学变化，为研究THMC多场耦合作用下的岩石力学性质提供了良好的实验条件。
2.THMC多场耦合作用下岩石强度实验研究：研究者通过实验方法，探讨了THMC多场耦合作用对岩石强度的影响。
实验结果表明，热-水-力-化学多场耦合作用可以显著影响岩石的强度和破坏模式，对岩石的稳定性和安全性产生重要影响。
3.THMC多场耦合作用下岩石渗透性实验研究：研究者还通过实验方法，研究了THMC多场耦合作用对岩石渗透性的影响。
实验结果表明，热-水-力-化学多场耦合作用会导致岩石渗透性的变化，进而影响地下水流动和岩石的稳定性。
1.基于离散元法的THMC多场耦合作用下岩石模拟：离散元法是一种用于模拟岩石颗粒间相互作用的方法，可以很好地模拟THMC多场耦合作用下岩石的行为。
研究者利用离散元法开展了大量的数值模拟研究，揭示了THMC多场耦合作用对岩石结构、力学性质和破坏模式的影响。
2.基于有限元法的THMC多场耦合作用下岩石模拟：有限元法是一种广泛应用于岩石力学领域的数值模拟方法，能够准确地描述THMC多场耦合作用下岩石的力学行为。
研究者对THMC多场耦合作用下的岩石进行了有限元分析，从而揭示了多场耦合作用对岩石应力、变形和破坏的影响规律。
流体力学实验装置的流场模拟与分析方法
流体力学实验装置的流场模拟与分析方法流体力学实验是研究流体运动规律和性质的重要手段，而流场模拟与分析则是实验过程中至关重要的环节。
本文将就流体力学实验装置的流场模拟与分析方法进行探讨，以帮助读者更好地理解和应用相关技术。
一、数值模拟方法在流体力学实验中，数值模拟是一种常用的流场分析方法。
通过数值模拟，可以建立数学模型，利用计算机对流体的流动状态进行仿真，从而实现对流场的模拟和分析。
1.1 流场建模在进行流体力学实验时，首先需要对流场进行建模。
建模的过程是将实际流场问题抽象为数学模型，确定流场的边界条件和初始条件，以便进行数值求解。
常用的流场建模方法包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
1.2 数值求解建立了数学模型之后，接下来是选择适当的数值方法进行求解。
常用的数值求解方法包括迭代法、差分法、有限元法等。
通过数值求解，可以得到流场的速度场、压力场等重要参数，进而进行流场的分析与研究。
1.3 后处理与分析完成数值模拟后，需要对求解结果进行后处理与分析。
后处理是指对数值计算结果进行处理，得到更直观、更容易理解的信息，如绘制流线图、压力分布图等。
通过后处理与分析，可以更全面地了解流场的性质与规律。
二、实验方法除了数值模拟外，实验方法也是流体力学实验装置流场模拟与分析的重要手段。
实验方法可以通过实际实验获得流场的实时数据，与数值模拟相结合，更全面地研究流体流动过程。
2.1 流场测量在流体力学实验中，流场测量是一种常用的实验方法。
通过使用流场测量仪器，如PIV（粒子图像测速仪）、LDA（激光多普勒测速仪）等，可以实时测量和记录流场的速度、压力等参数，为后续的分析提供数据支持。
2.2 数据分析与比对获得了流场实验数据后，需要进行数据分析与比对。
通过对实验数据进行处理和分析，与数值模拟结果进行比对，可以验证数值模拟的准确性，并发现其中的误差和不足之处，有助于进一步优化模拟方法。
2.3 实验验证与仿真实验验证与仿真是流体力学实验装置流场模拟的重要环节。
骨科生物力学
脊柱失稳是指脊柱在承受外力时发生异常位移或变形，可能导致疼痛 和功能障碍等症状。
脊柱疾病生物力学研究及治疗策略
脊柱疾病的生物力学研究
通过对脊柱疾病的生物力学研究，可以深入了解疾病的发生机制和发展过程，为制定有效 的治疗策略提供依据。
脊柱疾病的治疗策略
根据脊柱疾病的类型和严重程度，可以采取保守治疗、药物治疗、物理治疗、手术治疗等 多种治疗策略。
骨骼为人体提供支持和保护，维持身体姿势 和稳定。
造血和免疫
红骨髓具有造血功能，黄骨髓则具有免疫作 用。
运动功能
骨骼与肌肉、关节等协同作用，实现人体的 运动功能。
储存矿物质
骨骼是体内重要的矿物质储存库，尤其是钙 和磷。
骨骼损伤与修复机制
骨骼损伤类型
损伤修复过程
骨折、骨裂、骨挫伤等 是常见的骨骼损伤类型。
生物力学在治疗骨折、关节置 换、脊柱矫形等骨科手术中发 挥着重要作用，手术方案的设 计和实施需要考虑生物力学因 素，以确保手术效果和患者康 复。
在康复医学中，生物力学评估 和治疗手段可以帮助患者恢复 骨骼、肌肉和关节的正常功能 ，提高患者的生活质量。
通过对人群的生物力学指标进 行监测和评估，可以为骨科疾 病的预防提供科学依据。
纤维关节
骨性关节
由骨组织连接，如颅骨的骨连接，几 乎无活动性。
由纤维结缔组织连接，如韧带关节和 缝合关节，运动范围较小。
关节运动学与动力学分析
运动学分析
01
研究关节在三维空间中的运动轨迹、速度和加速度等，揭示关
节运动规律。
动力学分析
02
研究关节在运动过程中的力学特性和相互作用，包括力矩、功
率和能量等。
肌肉-骨骼系统分析
第九章岩石力学的数值模拟分析
第九章岩石力学的数值模拟分析岩石力学的数值模拟分析是一种重要的研究方法，可用于分析和预测岩石的力学行为和岩石工程的稳定性。
本文将介绍岩石力学数值模拟分析的基本原理、常用方法和应用领域。
首先，岩石力学的数值模拟分析基于岩石的力学性质和载荷作用，通过建立数学模型和求解相应的方程，模拟和预测岩石的变形、破裂和破坏过程。
这些数值模拟的基本原理是根据岩石的本构关系、边界条件和加载路径，将岩石体划分为有限元网格，通过有限元法或离散元法计算和求解岩石的应力、应变和位移场。
常用的数值模拟方法有有限元法和离散元法。
有限元法是一种通过将岩石体划分为有限个单元，建立单元内的应力和位移场，通过单元之间的连续性关系求解全局应力和位移场的方法。
离散元法是一种将岩石体划分为许多离散的颗粒或单元，通过求解颗粒之间的接触力和位移关系，模拟和分析岩石的力学行为的方法。
这两种方法在不同应用领域有不同的优势和适用性，通常根据具体的问题和要求选择合适的方法进行数值模拟分析。
这些数值模拟方法在岩石工程中有广泛的应用。
例如，在岩石开采、地下水开采和地下水储层的开发中，可以采用数值模拟方法分析岩石的稳定性和围岩的破裂和塌陷情况，指导工程的设计和施工。
此外，在岩石边坡、坝基和地下结构的稳定性分析中，数值模拟方法可以模拟和预测岩石的滑动、变形和破坏过程，评估岩石结构的安全性。
另外，在岩石隧道、地下洞室和地下储气库的设计和施工中，数值模拟方法可以模拟和优化岩体的开挖和支护过程，减少地质灾害的风险。
然而，岩石力学的数值模拟分析也面临一些挑战和限制。
首先，岩石的力学性质和行为是复杂和非线性的，需要准确的岩石参数和边界条件来建立数学模型和预测结果。
其次，数值模拟的计算量大，需要高性能计算设备和优化的算法来提高计算效率和准确性。
此外，数值模拟结果的验证和实验数据的比较是必要的，以确保模拟的准确性和可靠性。
总之，岩石力学的数值模拟分析是一种重要的研究方法，可以用于分析和预测岩石的力学行为和岩石工程的稳定性。
结构材料力学性能的研究与仿真
结构材料力学性能的研究与仿真一. 引言结构材料力学性能的研究与仿真是工程领域的一个重要方向。
随着现代工程设计的发展，利用计算机模拟分析结构的力学性能已成为一种有效的手段。
同时，结构材料的性能也是设计中不可忽视的重要因素。
因此，本文将介绍一些对结构材料力学性能的研究与仿真方法。
二. 结构材料的力学性能结构材料的力学性能指的是材料在力学作用下的响应能力。
主要包括强度、刚度和韧度等指标。
1. 强度强度是材料抵抗外部力作用下破坏的能力。
常见的强度指标包括抗拉强度、抗压强度和抗弯强度等。
2. 刚度刚度是指材料在外部力作用下的弹性变形能力。
通常指的是材料的弹性模量。
3. 韧度韧度指的是材料在力学载荷作用下延展变形的能力。
常见的韧度指标包括断裂韧性和塑性韧性等。
三. 结构材料研究方法为了研究材料的力学性能，通常采用实验测试和数值模拟两种方法。
实验测试主要通过材料的物理试验来获得数据，包括拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等。
而数值模拟则是通过计算机模拟来研究材料的力学性能。
1. 实验测试方法强度测试：在拉伸试验中，通过施加拉伸力，研究材料在受力下的延展性以及最终破坏的形态。
将材料从两端固定，施加力或压缩力，可以得到材料的抗拉强度和抗压强度。
刚度测试：弹性力学理论中，材料的刚度可以通过弹性模量来描述。
将材料固定在两端，施加外力使其产生弹性变形，并测量变形量和外力大小，可以求出材料的弹性模量。
韧度测试：韧度指的是材料在受到力作用下的延展能力。
常用的测试方法包括冲击试验和断裂试验等。
在冲击试验中，对材料施加冲击力并记录变形量，可以求出其冲击韧性。
在断裂试验中，测量材料在受外力作用下的断裂能力和断裂韧性。
2. 数值模拟方法数值模拟是利用计算机模拟分析材料的力学性能。
常用的数值模拟方法包括有限元法和分子动力学法。
有限元法是应用广泛的数值模拟方法之一，其基本思想是将物体分成有限个小的单元，对每个小单元进行力学分析，然后将这些小单元组装起来，形成整个物体的力学性能分析结果。
基于离散元法的三轴试验数值仿真分析
基于离散元法的三轴试验数值仿真分析目录1. 内容概括 (3)1.1 研究背景 (3)1.2 离散元法在岩石力学中的应用 (4)1.3 数值仿真的重要性 (6)1.4 论文结构安排 (7)2. 离散元法理论基础 (7)2.1 离散元法简介 (8)2.2 颗粒行为的建模 (9)2.3 颗粒几何特征与物理属性 (10)2.4 颗粒之间的相互作用 (12)2.5 颗粒系统动力学 (13)3. 三轴试验概述 (14)3.1 三轴试验的目的与意义 (15)3.2 三轴试验机理 (16)3.3 三轴装置的类型 (17)3.4 三轴试验加载模式 (18)4. 数值模拟方法 (19)4.1 数值仿真的目的与意义 (20)4.2 三轴试验的数字化模拟 (21)4.3 数值模拟流程 (23)4.3.1 模型准备 (25)4.3.2 边界条件与加载策略设定 (27)4.3.3 仿真计算 (28)4.3.4 结果分析 (29)5. 离散元法在三轴试验中的应用 (30)5.1 颗粒模型的建立 (30)5.2 加载流程的模拟 (32)5.3 岩石的三轴渗透特性 (34)5.4 岩石的三轴塑性变形 (35)5.5 数值与实验结果的对比 (36)6. 仿真结果分析与讨论 (37)6.1 数值模拟结果概述 (38)6.2 初始颗粒排列对变形特性的影响 (39)6.3 变形过程中的应力分布 (40)6.4 模拟结果与实验数据的对比分析 (42)6.5 科学问题的讨论 (43)7. 结论与展望 (44)7.1 研究结论 (45)7.2 对离散元法在三轴试验中应用的展望 (46)7.3 研究存在的问题与建议 (47)1. 内容概括在本报告中，我们探讨了一种新颖的方法，即采用离散元法来进行三轴静力试验的数值仿真分析。
这种方法结合了颗粒分析的精确性和数值模拟的便利性，使研究者能够在不依赖复杂实验条件的情况下，深入理解土壤的三维结构特性。
我们将详细描述离散元法的理论基础，其如何被扩展至三轴试验模拟，以及该模拟方法在实际案例中的应用。
物理实验技术中的数值模拟与仿真方法
物理实验技术中的数值模拟与仿真方法在现代物理实验技术中，数值模拟与仿真方法扮演着越来越重要的角色。
通过数值模拟与仿真，科学家们可以在计算机上对实验过程进行全面的预测和分析，从而提供实验设计与优化的指导，大大提高实验效率并降低实验成本。
本文将探讨物理实验技术中常用的数值模拟与仿真方法，并分析其中的优缺点。
一、蒙特卡洛方法蒙特卡洛方法是一种基于随机数的数值模拟方法，被广泛应用于物理领域的实验技术研究中。
该方法通过随机抽样的方式，模拟实验过程中的随机性和不确定性，从而得到实验结果的统计规律。
蒙特卡洛方法具有模型简单、适用范围广的优点，可以应用于各种实验现象的模拟与分析。
然而，蒙特卡洛方法的计算复杂度较高，需要进行大量的随机模拟与统计计算，计算结果的精确性受到计算资源的限制。
二、有限元方法有限元方法是一种常用的力学仿真方法，通过将实际物理问题离散化为有限数量的单元，再对每个单元进行求解，得到整体问题的解。
有限元方法适用于模拟物体的变形、振动等力学行为，具有计算精度高、适用范围广的优点。
然而，有限元方法在处理复杂的边界条件和非线性问题时存在一定困难，并且求解过程需要大量的计算资源。
三、分子动力学方法分子动力学方法是一种用于模拟分子系统的数值方法，特别适用于研究材料物性和化学反应等问题。
该方法通过建立粒子间的相互作用势函数，并利用牛顿运动定律对粒子的运动进行模拟，从而得到系统的时间演化。
分子动力学方法具有模拟精度高、适用于多尺度问题的优点，可以揭示物质微观层面的结构与行为。
然而，分子动力学方法在处理大系统和长时间尺度问题时计算量巨大，并且对相互作用势函数的准确性要求较高。
四、量子力学模拟方法量子力学模拟方法是一种基于量子力学理论的数值模拟方法，广泛应用于材料科学、生物物理学等领域。
该方法通过求解薛定谔方程对量子系统进行模拟，从而得到系统的能级结构和波函数分布。
量子力学模拟方法具有高度精确的模拟结果和对微观现象的解释能力，为物理实验技术的发展提供了重要的理论支持。
腰椎PEEK 棒- 椎弓根螺钉内固定系统的生物力学研究及临床应用进展
针对 PEEK 棒 - 椎弓根螺钉固定系统的生物力学相关研究 较少，包括对动物模型、尸体标本的体外试验和有限元分析，各个 试验在实验设计、模型标本制作、实验设备及条件、数据分析等方 面有诸多不同，因此难以横向比较，但通过整合后可以发现，研究 方向主要集中在椎间活动度（range of motion，ROM）、椎间盘压力 （intradiscal pressure，IDP）、椎间盘高度、应力分布等方面。 2.1 PEEK 棒系统对活动度的影响
世界最新医学信息文摘 2019 年第 19 卷第 20 期
121
·综述·
腰椎 PEEK 棒 - 椎弓根螺钉内固定系统的生物力学研究及临床
应用进展
熊洋，邓忠良，陈亮，晏铮剑，杜宇
（重庆医科大学附属第二医院骨科，重庆）
摘要：PEEK 棒 - 椎弓根螺钉内固定系统作为半刚性固定装置，目前正逐步应用于脊柱外科手术中，但其应用范围与临床疗效仍存在相关争议。 为了解其材料性能，总结其优势及不足，本文就其生物力学研究及临床应用进行综合评述。 关键词：腰椎；PEEK 棒；半刚性固定 中图分类号：R681.5+7 文献标识码：A DOI: 10.19613/ki.1671-3141.2019.20.056 本文引用格式：熊洋 , 邓忠良 , 陈亮 , 等 . 腰椎 PEEK 棒 - 椎弓根螺钉内固定系统的生物力学研究及临床应用进展 [J]. 世界最新医学信息文 摘 ,2019,19(20):121-123.
限元分析，比较三种 PBDS（pedicle-based dynamic stabilization） 模型（Dynesys、NFlex、PEEK) 和常规的钛刚性固定模型，结果发 现所有 PBDS 相对初始模型都明显限制了 ROM，屈曲受限最明显， 轴向旋转受限最小。而在 Gornet [5] 的研究中也发现 PEEK 棒和钛 棒对 ROM 的限制相似。Herren [8] 等使用基于 PEEK 棒的复合装
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腰椎力学分析的数值模拟与实验研究王丰1，鲁成林1，胡瑜辉1，♣张东升1,2(1上海市应用数学与力学研究所，2上海大学力学系)摘要：目的 研究腰椎骨体系的力学数值模拟与实验测试技术。
方法 采用了先进的三维图像处理技术重建腰椎骨的三维模型，再利用ANSYS求解结构在承力时的应力状态；在实验中采用了一种薄膜压力测试传感器结合图像处理的方法，提高测试椎间盘压力分布的精度；同时采用数字图像相关技术对腰椎骨上下关节突在承载情况下的空间位移进行了测量。
结果在数值计算中，给出了终板在几种承力状态下的应力云图，在实验结果中，对所采用的薄膜压力传感器进行了标定，获得了腰椎间盘(L3-L4)在承受轴压、前屈后伸和侧弯情况下的压力分布，以及对应的关节突的位移迹线。
结论 本研究采用的数值分析技术和实验开发的测试技术可操作性强，精度满足要求，有望在类似的生物力学分析中得到应用。
关键词：腰椎骨；三维有限元分析；实验研究Numerical and Experimental study on Lumbar MechanicsFeng Wang1, Chenglin Lu1, Yuhui Hu1, Dongsheng Zhang1,2(1 Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics, 2 Department of Mechanics)ABSTRACT: Objectives To investigate the numerical modeling and experimental techniques in characterizing the stress distribution and physiological movement of vertebrae segment. Methods An advanced software Simpleware has been adopted to reconstruct the 3D model of vertebrae segment L4-S1. The stress distribution at the intervertebral disc was resulted when the lumber was under flexion/extension, lateral bend, and axial twist rotations with the use of ANSYS. In the experiment, a thin pressure film was used to measure the bearing stress at the intervertebral disc. Digital image processing techniques was applied to improve the sensitivity of the measurement. Moreover, the digital image correlation technique was also applied to identify the movement of the facet joints. Results The compressive stress distribution at the intervertebral disc were presented both numerically and experimentally under various load conditions. The spatial movement of pairs of facet joints between L3 and L4 were also illustrated. Conclusion The numerical and experimental methods proposed in this paper are rational and easy to apply to biomedical studies of lumbar mechanics.Keywords: Lumbar; numerical modeling; experimental techniques腰椎骨是人体重要的承力器官，由于其生理解剖结构复杂，腰椎病在临床上有多种表现，它主要与腰椎的先天性生理结构和腰椎在脊柱中承受的负载有关，力学负荷在促进腰痛, 椎间盘突出症发生主因的椎间盘退变过程中扮演着重要的作用[1,2,3]。
为此，临床上使用了多类融合和非融合固定方式以达到解剖复位和固定，增加脊柱的三维稳定性[4,5]。
采用三维数收稿日期：2008-1-4基金项目：国家自然科学基金(30672348 ,10772111), 上海市浦江计划(2006)作者简介：王丰：(1982-) 男，硕士研究生，研究方向：生物力学♣通讯作者: 张东升(1967-) 男，教授，博导，Tel:(021)66135258; Email: donzhang@值分析和生物力学测试技术，对实际脊柱在承力状态下的受力情况和变形进行计算和实际测试，是获得各种固定方法第一手资料的有效途径。
本文根据目前进行的关于腰椎骨力学分析的几个实例，详细阐述了数值计算技术和实验技术在腰椎骨应力分析中的应用。
首先利用simpleware三维建模软件对医学CT断层扫描图像进行重构，获得真实的腰椎骨三维图象，再应用ANSYS进行应力分析，并给出了上下终板的应力云图；在实验分析中，采用了prescale薄膜传感器，结合数字图像处理的方法，对腰椎间盘在各种承载情况的压力分布进行了精确测量，同时，利用数字图像相关技术，对腰椎关节突关节在承载情况下的相对运动进行了测量。
1 腰椎骨数值分析技术以一名17岁男性，先天性峡部裂患者为研究对象，由于患者是L5先天性峡部裂，拟采用L4-L5-S为研究对象，采用东芝AQUILION16 CT扫描（0.44219×0.44219×0.624998mm）腰椎，以Dicom格式文件保存，输入Simpleware软件进行图像处理。
Simpleware是一种先进的三维建模软件，它包括图像处理模块ScanIP, 网格生成模块ScanFE和可准确植入CAD的ScanCAD模块，为从断层扫描图像(如MRI、CT、Micro-CT等)转换至有限元分析所需要的三维模型提供了解决方案。
图1 L4-L5-S1三维模型ScanIP中，建立的L4-L5-S1三维模型，由于CT扫描对软组织的对比度较低，椎体中间的髓核、纤维环及终板是在医师的指导下建立的。
内固定钉棒模型是利用医学专用钉棒实体经过激光轮廓扫描，由逆向工程软件Geomagic软件生成，再与腰椎实体模型一起导进ScanCAD，可以把内固定模型通过旋转移动操作植入腰骨，该过程简单便捷，最终模型如图1所示。
在ScanFE中，以Solid45自动划分网格，并导入ANSYS软件。
腰椎骨间的韧带采用了单元类型Link10。
根据文献报道[6-9]，各类材料参数见表1。
表1 数值计算中的各种材料参数材料弹性模量/Mpa 泊松比单元数节点数皮质骨 12000 0.3683958 276596 松质骨 100 0.2终板 2000 0.2 57717 20565 髓核 3.4 0.49 25952 10848 纤维环 920 0.45 101908 35162 钉棒 110000 0.3 62013 18462 前纵韧带20 0.3 20 40后纵韧带 20 0.3 20 40 黄韧带 19.5 0.3 2040 棘上韧带 11.6 0.3 24 棘间韧带 15 0.3 816 关节囊韧带 32.9 0.3 20 402 腰椎间盘压力分布测试技术腰椎间盘实际上像一个充满黏性液体的弹性容器。
脊柱的承力状态使椎间盘内的液体发生流动,使间盘变形，腰椎间盘在平均分配椎体之间的压力方面起了很大作用。
由于椎间盘是纤维环包裹着的封闭体，测量椎间盘的压力分布是一个棘手的问题。
在本实验中，我们采用了富士公司生产的prescale 薄膜型压力传感器。
该薄膜在受压时会变成红色，颜色的深浅与压力有关。
为了定量测量椎间盘的压力分布，我们对薄膜型压力传感器进行了标定。
制作了标定的加载装置（如图1），把压力薄膜放在表面光滑、半径为15mm 的圆盘下，确保薄膜在加载时承受均匀的接触压力。
标定实验共做六组，每一组由计算机控制实验机以14个压强等级加载，如图2。
图3 Zwick 加载系统对压敏片均匀加载用扫描仪把薄膜传感器的颜色转化为数字图像，利用自编C ＋＋程序分析其灰度的平均值。
从而获得压强与灰度的关系，见图所示。
通过多项式拟合，获得压强与实际灰度的函数关系式：3724102152.8108618.1017089.016367.0g g g P −−×+×−+=图4 压强与实际灰度的函数关系人体脊椎受压的主要方式有正压、侧曲、前曲、后伸和扭转等，本次实验主要针对平时人体承重最大，最容易发生病变的腰椎3、4、5节在受到上述载荷状态时椎间盘的压力分布进行测量。
齐平的切开椎间盘，将事先裁剪好的薄膜压敏片放置其中，采用偏心加载的方式实现后伸、前曲、侧曲的载荷方式。
加载后取出压敏片(图5)用扫描仪将灰度信息读入电脑，根据标定曲线，计算出椎间盘切面上的压力分布(图6)。
图5 不同载荷方式下压敏片上的灰度分布可以从压强分布曲面上很直观的看到右曲时椎间盘右侧的压强有一个很明显的集中区域，最大值在1.45Mpa附近，大部分椎间盘切面上保持在0.8Mpa左右；而后伸时在椎间盘的后侧有明显的应力集中区域，最大值在1.2Mpa附近，大部分椎间盘面压强在0.7Mpa左右。
图6 椎间盘压力分布的三维显示3小关节突的受力变形测量由于腰椎间上下关节突的形状复杂，很难直接测量关节突的应力和变形，为此，我们采用了数字图像相关法[10]直接测量关节突对在承力时的空间运动变化，并假设关节突在矢状切面水平方向的位移较小，于是可以采用一个摄像机测量放置在脊柱正后方测量腰椎在承受轴向压缩和侧弯等载荷下关节突在冠状面内的位移，见图7所示。
图7 某种非融合固定右侧弯条件下的关节突测量现场图为了获得较好的图像利用率，摄像机旋转了90度，这样在计算机屏幕上水平方向上的位移即是实际腰椎骨竖直方向上的的位移量。
通过图像标定，获得图像与实际物体的放大倍数为，利用图像相关分析法，可获得L3-L4腰椎小关节突对在侧弯时的绝对位移，见图8所示。